精細化BIM技術在白塔外環橋項目的應用研究

李東麗 楊杰 黨國棟

摘要 隨著計算機產業的興起和數字技術的進步，BIM技術已廣泛應用于工程領域的許多行業。由于BIM模型的建模精度不同，導致了在整個項目中的作用也不同。文章將以山東省淄博市白塔外環橋項目鋼結構橋梁為背景，從設計、加工和安裝項目全過程準確介紹精細化BIM模型在該項目中實際使用及發揮出的各項作用。

關鍵詞 精細化BIM ；項目全過程；鋼結構橋梁

中圖分類號 TU85文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0033-03

0 引言

BIM技術已逐漸進入人們的視野，并逐漸廣泛應用于各類工程項目中[1]，但BIM信息模型具有不同的精度和等級，即精度越高，BIM模型的應用范圍越廣。如果BIM模型的精度一般，則可參考的模型信息將相對有限。綜上所述，不同的項目和需求可以使用不同等級的BIM模型，模型精度越高，越能夠在項目指導中發揮更多的優勢。該文將通過山東省淄博市白塔外環橋項目來闡述精細化BIM技術在設計、加工及安裝的全過程應用方式及創新點。

1 項目概況

白塔外環橋位于山東省淄博市博山外環路，橋梁所在道路為二級公路，路面寬18 m，為瀝青混凝土路面。現有橋梁泄洪能力不滿足河道防洪標準，橋梁墩臺基礎存在外露，缺乏安全防護措施，橋梁荷載等級不滿足現行橋梁標準，該次擬將老橋拆除，在原址新建橋梁。

新建橋梁采用鋼板梁橋，跨徑組成為（35.5+9.0+35.5）m，全橋長80 m。上部結構為正交異形鋼橋面板工字鋼梁，橋墩為V形，橋臺采用樁柱式橋臺，見圖1。

該項目需要解決的重難點列舉如下：

（1）白塔外環橋鋼拱造型為弧形，由此增加了加工制造和現場安裝的難度。

（2）該橋上部主體結構為工字鋼梁，橫隔板斜交布置。因此對應的橫隔板及加勁肋安裝角度和斜向相交尺寸難以把控。

（3）箱體構件間采用栓接形式連接，螺栓孔空間關系復雜又密集，對制造和安裝精度要求極高。

（4）現場安裝跨越河流，支架擺放及定位不容易找正位置，結構受力需要重點控制。

如采用精細化BIM技術輔助加工和安裝，即可解決對應的項目難點，最大限度地節約資源成本并縮短工期。

2 精細化BIM技術的應用

2.1 BIM模型精度確定

為了確保BIM模型能夠對該項目存在的重難點進行施工指導，采用了等級較高的精細化模型，確保能夠依據BIM技術為整個項目帶來深入指導，將BIM技術落到實處，解決問題。

2.2 BIM技術在弧形鋼拱中的應用

一個完整的橋梁弧形鋼拱包含著復合空間曲線及變寬變高等結構參數，傳統的計算方式較難準確計算，而且占用一定的時間。利用精細化BIM建模則可以完整地將這些參數包含在內，進行整體放樣生成，且準確度達到毫米級別。因此，在橋梁鋼拱的深化階段利用BIM技術省去人工計算，放樣過程見圖2。

精細化放樣后BIM模型自動提取計算弧形鋼拱曲線的參數坐標，并轉化為空間曲線，該空間曲線既是橋梁弧形鋼拱走向的關鍵引導線，也是橋梁鋼拱設計和安裝的基準曲線。利用精細化BIM模型放樣可以保證整體的準確性。

BIM模型的空間曲線是橋梁鋼拱形狀的基準，后期依據空間引導線可完成鋼拱截面以及鋼拱整體模型放樣。當遇見設計變更時，可直接調整該曲線的坐標，達到快速變更的目的，提高了工作效率。

鋼拱放樣后，拱和梁結構存在的沖突問題很難從CAD圖紙中提前檢查和發現。BIM技術中應用最為廣泛的功能就是碰撞檢查功能，碰撞檢查功能可以快速、準確地檢查整個BIM模型的碰撞點，并輸出結果。該功能的實現主要有軟件自帶的碰撞檢查功能和專門的碰撞軟件兩種途徑[2]。碰撞檢查包括硬碰撞和軟碰撞兩種。硬碰撞是指實體與實體之間存在交叉沖突，而軟碰撞則指的是實體間實際并沒有交叉沖突，但間距和空間無法滿足安裝、維修等相關施工要求，精細化BIM模型可以直觀地對干涉問題進行提前檢查，規避碰撞風險。干涉檢查中的應用見圖3，圖中陰影部位為干涉部位。

檢查完鋼拱和主梁模型，利用BIM軟件可以直接生成碰撞報告[3]。將干涉進行分類，分析干涉形成的原因，便于設計人員及時發現問題，避免將問題帶到施工中。

2.3 BIM技術在斜交連接節點中的研究

此次所建白塔外環橋上部結構隔板為斜向相交，因此對應的橫隔板及加筋肋安裝角度和斜向相交尺寸難把控。

在精細化BIM模型中通過建模軟件對斜交橫隔板與加勁肋的節點孔進行實際配切修改，并且調整加筋孔尺寸留出余量方便在場內拼裝焊接。模型修整完成后再批量深化出圖，即可保證出具的圖紙準確。因為BIM建立的是三維模型，所以可以測量空間任何兩點的距離，通過BIM模型準確測量優化斜交尺寸，最終完成深化圖紙的定稿。

當深化圖定稿后需要采購相應的鋼板，因為該項目零件結構是不規則的圓弧構造，在材料準備時如何保證準確且提高利用率一直是被關注的重點。如果采用傳統的圓弧輪廓計算方式，會產生較大的鋼材浪費，所以利用精細化BIM技術導出的圓弧零件輪廓既可達到精準正確，而且極大地節約成本。

當生成最優輪廓后，即可與自動化排版軟件結合，保證最優輪廓合理自動排布在鋼板內。

通過自動排版，可發現鋼材的利用率有了明顯的提高，最重要的是依托精細化BIM技術可以無遺漏地完成零部件排布，直接提升了提料布料的準確率，降低了原材的使用成本[4]。

2.4 BIM技術對栓接精度的控制

該白塔外環橋項目中梁段間連接形式大量采用栓接，因此對工廠內加工螺栓孔位精度及現場拼接螺栓孔定位精度提出了更高的要求。所以在精細化BIM模型基礎之上加裝了現場定位裝置并自動導出加工詳圖，見圖4，使橋梁在制造之初就保證螺栓孔的精確位置，到現場組裝有基準可以參照。有效地減輕了現場拼接難度，提高現場施工效率。

在螺栓孔對位方面，根據三維可視化模型查看螺栓接頭位置，避免制造及施工過程中出現的應力分布不均及螺栓間相互干涉的問題。檢測無誤后將模型參數數據直接導入數控激光切割機，采用激光割孔，確保孔位的加工精度。同時，為了保證數以千計的栓接板與梁段匹配，為每個栓接板都賦予了二維碼，便于追溯安裝箱體，做到零件與箱體完全匹配，在提高效率的同時又最大化在安裝階段保證了螺栓孔位的對正。

2.5 BIM技術在安裝過程中的應用

在曲線型鋼拱安裝階段，需在橋位作業前安裝支架，應用精細化BIM技術在模型上能準確測量支架任意點的坐標，模型測量后，再利用GPS設備現場定位，確保位置的準確性。同時，在場外吊裝作業過程中，利用BIM技術能模擬施工現場地形及支架擺放位置，并且能預先確定場地大小及作業面是否充分等情況，盡可能地減少吊裝工序配合不合理及現場作業不協調的情況。

該白塔外環橋項目中橋梁鋼拱先進行現場拼裝后再整體吊裝，拼組后首先將鋼拱用履帶吊立起，立起后檢查鋼拱變形量和履帶吊情況，確認符合要求后平穩起吊至現場臨時支架上。

根據上述施工工藝，將精細化BIM模型數據導入結構計算軟件，施加荷載和邊界條件就能計算出鋼拱吊裝時所受應力，同時在箱梁吊裝前對支架的承載能力進行計算，確保安裝過程中結構穩定安全。BIM支架結構模型計算過程的模擬分析見圖5。

3 精細化BIM技術在項目中的成效

3.1 提高深化圖紙效率和準確率

利用BIM技術精細化放樣圓弧鋼拱，之后可以導出加工詳圖。加工詳圖可直接指導施工和加工，提高了圖紙的準確率。因該項目采用精細化BIM出圖，并且在出圖期間將干涉提前進行了處理，因此圖紙正確率為100%。

3.2 重難點可視化

在加工前，對斜交橫隔板BIM模型的節點進行處理，確保處理后的節點符合實際的斜交特性，無誤后導出節點大樣圖，大樣圖可以對工廠進行技術交底，也可以生成切割數據進行直接加工，保證斜交節點能夠準確實施。在該項目內采用BIM技術深化了斜交節點，節省拼裝工期2～3日。

3.3 減少加工報廢率

鋼結構橋梁中存在大量帶有空間曲線的構件，如該項目中的弧形鋼拱，利用BIM技術建立精細化BIM模型后，直接由模型轉二維圖紙，避免手動計算繪制不規則輪廓構件，提高準確率，使該項目零件報廢率達到0%。

4 結語

將精細化BIM技術運用到項目管理工作中，不僅可以提高工作水平，還可以為企業在各個方面節省項目成本。由于精細化BIM技術在項目的設計、制造和安裝中起著指導性作用，因此使得更多的施工人員可以通過BIM模型及時了解項目的重點和難點，通過該工程的順利驗收，充分體現了BIM技術的推廣價值。

在未來的項目中，精細化BIM技術對項目施工有著重要的指導意義，是工程行業發展趨勢。當項目體量大、造型復雜時，可以采用細化BIM模型指導施工，做到針對性指導，精細化管控，最終節約成本，提高效率。

參考文獻

[1]郝宗成. BIM技術在裝配式建筑機電安裝中的應用[J]. 建筑模擬， 2020（5）： 107.

[2]黃鈺媛. 分析BIM技術在市政道路與橋梁設計中的應用[J]. 建筑實踐， 2020（8）： 128.

[3]廖曄. BIM技術在現代建筑工程項目管理中的應用分析[J]. 建筑模擬， 2020（5）： 67.

[4]張國學. 淺析鋼板——混凝土組合梁橋面模板設計[J]. 基層建設， 2021（8）： 192.